以人工蛋白质设计疫苗!以 RSV 为例!

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疫苗是预防传染病传播的最有效方法之一。它们能触发免疫系统产生抗体,保护人们免受病毒或细菌等病原体感染。但是,人们仍然缺乏许多重要病原体的有效疫苗,例如流感或登革热、新冠肺炎。

近日,由瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)工程学院蛋白质设计与免疫工程实验室(Laboratory of Protein Design & Immunoengineering, LPDI)的 Bruno Correia 研究员所率领的研究团队已经开发出一种新的演算方法制造出人工蛋白质,该蛋白质并且可作为功能性疫苗。相关研究成果刊登于《Science》。

该研究共同作者 Fabian Sesterhenn 博士生提到,他们开发一种称为 TopoBuilder 的蛋白质设计算法。它以类似堆乐高积木(Lego)的方式将蛋白组装成具有新颖功能的人工蛋白质,这样的方式的确会令人着迷。

“呼吸道融合病毒(respiratory syncytial virus, RSV)会导致严重的肺部感染,特别是婴儿和老年人,迫使他们住院。然而,经过几十年的研究,现在仍没有 RSV 疫苗或治疗方法。”Correia 研究员说道。因此,其研究团队专注于新发(de novo)蛋白的设计,以产生 RSV 疫苗。他们在实验室(in vitro)创造出三价鸡尾酒疫苗 Trivax,针对三个定义表位的平衡抗体反应,单次加强免疫后,在小鼠和非人类灵长类动物(nonhuman primates, NHP)中产生中和血清表现,并触发其免疫系统产生针对 RSV 弱点的特异性抗体 RSV nAb。

此外,当在预融合 RSV 融合蛋白给药作为增强免疫原时,Trivax 可以深刻地重塑血清成分,进而导致更高比例的表位特异性抗体和更高的抗体反应质量。在分子表现上,从经 Trivax 免疫的 NHP 中分离出的单株抗体具有表位特异性,类似于人类病毒感染所诱导的抗体。

De novo design of a trivalent cocktail vaccine (Source: Science, 2020; 368 (6492): eaay5051)

Correia 研究员提到,他们的发现令人鼓舞,因为总有一天,人们将能够透过促使免疫系统产生特定抗体,来设计标靶特定病毒的更有效的疫苗。然而,要使他们开发的疫苗更有效,仍有很多研究和试验要做。本研究是朝这个方向迈出的第一步。

例外,以 de novo 建立蛋白质的方法已经远远超出免疫学应用,它们还可以用于生物技术的各个领域,以扩大天然蛋白质的结构和功能范围。Sesterhenn 博士生最后提到,他们现在可以用此方法来建立新的蛋白质,以应用于其他生物医学领域,例如蛋白质的药物或功能化的生物材料。

延伸阅读:生物技术与病毒的竞速大赛:全球疫苗研发近况

参考资料:
1. Science, 2020; 368 (6492): eaay5051 DOI: 10.1126/science.aay5051
2. https://actu.epfl.ch/news/designing-vaccines-from-artificial-proteins-2/

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